化学质量平衡模型

1、化学质量平衡模型第1页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二主要内容颗粒物源解析介绍CMB模型原理CMB软件第2页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二第3页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二源模型（扩散模型）与 受体模型源模型使用源排放计算环境浓度。受体模型使用环境浓度计算源贡献。 (From Watson, 1979.)源排放参数扩散参数源模型估计环境浓度源模型流程示意图一些源的参数环境浓度一些扩散参数受体模型估计源的影响受体模型流程示意图第4页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二扩散模型和受体模型的输入和输出输入输出扩散模型1

2、. 源的排放参数如排放速率、化学组成；2. 排气筒参数；3. 气象参数(风速、大气稳定度等)和一些气胶动力学参素(如扩散系数、颗粒生、凝聚、沉降等)。某个排放源对某个接受点的浓度贡献值。受体模型排放源的化学成分谱，受体的物理化学成分谱（粒子分布，形态，化学组成等）。各源类对受体的浓度贡献值和分担率。第5页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二扩散模式与受体模式主要特点 主要特点扩散模型 1.所需的输入参数往往不能准确得到，比如源的排放特征常有较大波动，加上大气过程的复杂性和随机性 2.对于开放源如土风沙颗粒、海洋气溶胶等，源模型不好处理受体模型 1.只确定各污染源类的贡献，而不能

3、精确到某个源对受体的贡献 2. 区分排放物非常相似的排放源尚有困难第6页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二受体模型的特点受体模型不要求对污染源进行详细调查，不依赖于气象资料和气溶胶在大气中的许多特性参数，而且能解决扩散模型难以处理的一些问题，可于扩散模型相互结合，取长补短，因而，受体模型自70年代问世以来发展迅速。第7页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二显微法方法技术内容及特点光学显微镜根据颗粒物的特征（大小、形态、颜色及其它光学特性）确定其类别，可分析直径1m的气溶胶粒子。扫描电子显微镜（SEM）1、可以观察1m以下的粒子；2、费用高，对无定型物不能用；3

4、、手工检查颗粒物费时，限制了测量数目。计算机控制扫描电镜（CCSEM）1、根据粒径、形态、元素组成识别粒子，准确的颗粒物分类是在受体模型中使用CCSEM的基础；2、分析速度快，对大多数粒子都可计测，可以显示粒子的精细结构；3、费用高，不能用于有机粒子。第8页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二化学统计学方法化学质量平衡(CMB)法因子分析法多元线性回归 (MLR)富集因子法空间模式第9页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二城区受体模型的研究方法 一般说来，受体模型求解的是某一种源类对受体颗粒物的贡献值，而不是某一个源对受体颗粒物的贡献值，这是与源模型不同之处。排

5、放源种类很复杂。第10页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二化学质量平衡受体模型基础是质量守恒，原理清楚，易于为人们接受，是应用最广泛的一种模型；要经常监测源样品和受体样品，列出排放源清单，具有区域性和实效性的特点；可以定量评价各类源的贡献率。 第11页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二 化学质量平衡受体（CMB）模型 CMB方程 i=1，2I：组分 j=1，2J：源类 只有当ij时，方程组的有解。 源类j的贡献率为： = Sj/C100%第12页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二化学质量平衡模型原理图解源 1成分：3/16源 2成分：6/1

6、6(3/161/3) + (6/16 2/3） = 5/16混合成分： 5/16第13页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二化学质量平衡模型原理图解(3/16X) + (6/16 Y） = 5/16(6/16X) + (3/16 Y) = 4/16源1 贡献率X源2 贡献率YX=1/3Y=2/3第14页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二CMB模型假设（1）各源类所排放的颗粒物的化学组成有明显的差别；（2）各源类所排放的颗粒物的化学组成相对稳定，化学组分之间无相互影响；（3）各源类所排放的颗粒物之间没有相互作用，在传输过程中的变化可以被忽略；（4）所有污染源成分

7、谱是线性无关的；（5）污染源种类低于或等于化学组分种类；（6）测量的不确定度是随机的、符合正态分布。那么，在受体上测量的总物质浓度C就是每一源类贡献浓度值的线性加和。第15页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二CMB模型的算法 示踪元素法 线性程序法 普通加权最小二乘法 岭回归加权最小二乘法 有效方差最小二乘法 第16页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二受体模型解法示踪元素解法比较简单，但准确度不高，可用于粗略估计源的贡献值。线性程序解法在提出后没有得到充分发展。普通加权最小二乘法考虑了环境受体处物质实测浓度的误差，为解析结果提供了置信区间。岭回归解法在解析共

8、线性源方面体现了普通加权最小二乘法不具备的优点。有效方差最小二乘法不仅考虑了环境受体处物质实测浓度的误差，而且考虑了在确定源成分谱时的分析误差。第17页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二CMB模型模拟优度的诊断技术 CMB模型是线性回归模型。在线性回归模型的实际应用中一般需要考虑回归推断的估算值与实测值的偏离程度、对回归推断有影响的参数及影响程度如何等问题。解决上述问题的数学方法一般称之回归诊断技术。目前CMB模型中主要的诊断技术有源贡献值拟合优度的诊断技术、源的不定性和相似性诊断技术、元素浓度计算值拟合优度的诊断技术及其它有关的诊断技术。 第18页，共24页，2022年，5

9、月20日，0点6分，星期二CMB模型模拟优度的诊断技术（1）源贡献值拟合优度的诊断技术（2）源的不定性/相似性组的诊断技术（3）元素浓度计算值拟合优度的诊断技术（4）其他诊断技术第19页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二 序号名 称定 义指 标1T统计Sj与Sj的比值若T2.0，拟合差若T2.0，拟合好2残 差平方和拟合元素的测量值与计算值之差的平方的加权和X22，拟合一般X24，拟合差3自由度参与拟合的元素数目与源的数目差n 0，方程组有解4回 归系 数浓度计算值的方差与测量值的方差之比0.8R21，拟合好R20.8，拟合差5百 分质 量各源类贡献浓度计算值之和与受体总质量

10、浓度测量值之比PM=100%，拟合好80% PM120%，可以接受源贡献值拟合优度的诊断技术第20页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二不定性/相似性组的诊断技术序号名称定义指标1不定性源类贡献值小于检出限的源类TSTAT2.02相似性源类成分谱相近或成比例的源类特征向量大于0.25第21页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二元素浓度计算值拟合优度的诊断技术序号名称定义指标1RATIO1元素浓度计算值与测量值之比RATIO1=1，拟合最好2RATIO2元素浓度的计算值与测量值之差与二者标准偏差平方和的方根之比|RATIO2|2，拟合好第22页，共24页，2022年，5月20日，0点6分，星期二其余的诊断技术序号名称定义指标1RATIO3某源类的某元素浓度计算值与所有源类该元素的测量值的和之比元素对源贡献值重要性的诊断2MPIN元素的灵敏度MPIN中某元素取值1-0.5时，为灵敏元素，影响显著；MPIN0.3，不灵敏元素，没有影响；MPIN在0.3-0.5，模糊元素，影响不显著或者没有影响。第23页，共24页，2022年，5月20日，0点6